WO2016207243A1 - Method and system for checking the authenticity of received data - Google Patents

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WO2016207243A1
WO2016207243A1 PCT/EP2016/064463 EP2016064463W WO2016207243A1 WO 2016207243 A1 WO2016207243 A1 WO 2016207243A1 EP 2016064463 W EP2016064463 W EP 2016064463W WO 2016207243 A1 WO2016207243 A1 WO 2016207243A1
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Stefan Schwarzer
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Abstract

The invention relates to a method and to a system for checking the authenticity of received data in a more secure manner for the authenticity of the received data involving no or only little additional expense while offering the advantage of providing additional functionalities. According to the invention the location of the transmitting unit is ascertained and checked against stored location information by infrastructure components, which without further action by the participating communication partners evaluate the data packets sent during the data transmission for the purpose of determining the location.

Description

Beschreibung description
Verfahren und System zum Prüfen der Authentizität empfangener Daten Method and system for checking the authenticity of received data
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Authentizität gesendeter beziehungsweise empfangener Daten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft zum glei¬ chen Zweck weiter ein System gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 4. The invention relates to a method for verifying the authenticity of transmitted or received data according to the preamble of claim 1. The invention relates to moving ¬ chen further purpose a system according to the preamble of the claim. 4
Per Funk beziehungsweise drahtlos in einer Infrastruktur angebundene beziehungsweise eingebettete Maschinen, Anlagen, Anlagenteile wie zum Beispiel Sensoren und/oder Aktuatoren, Steuereinheiten oder sonstige Daten sendende Einheiten spielen im industriellen Umfeld eine immer größer werdende Rolle. Dadurch muss eine immer größer werdende Anzahl von zum Beispiel Sensoren und/oder Aktuatoren angebunden werden, die immer leistungsfähigere und intelligentere Systeme verursachen mit immer größeren zu übertragenden Datenmengen. By wireless or wireless in an infrastructure connected or embedded machinery, equipment, plant components such as sensors and / or actuators, control units or other data transmitting units play an increasingly important role in the industrial environment. As a result, an ever-increasing number of, for example, sensors and / or actuators must be connected, which cause increasingly powerful and intelligent systems with ever-larger amounts of data to be transmitted.
So bringt die Vernetzung von Systemen per Funk im Zeitalter von „Industrie 4.0" und dem „Internet der Dinge" viele Vor¬ teile mit sich, wie zum Beispiel eine große Flexibilität bei der Installation durch den Wegfall fest installierter Kommunikationsleitungen. Demgegenüber bringt die Vernetzung von Systemen per Funk auch einige Problemstellungen mit sich, die bei per Draht angebundenen Komponenten nicht gegeben sind. Bei Funksystemen im industriellen Umfeld muss besonderer Wert gelegt werden auf die Zuverlässigkeit der Datenübertragung, die Feststellung der Authentizität empfangener Daten und die Immunität gegenüber beispielsweise durch Störsender hervorge¬ rufenen Störungen oder durch Dritte verursachten Manipulati- onsversuchen . Besonders bei größeren Anlagen mit entsprechend vielen per Funk vernetzten Teilsystemen ist zu befürchten, dass durch Störungen oder Manipulationen die gesamte Anlage in ihrer Funktion eingeschränkt beziehungsweise zum Still¬ stand gebracht werden kann. Thus, the networking of systems by radio in the age of "Industry 4.0" and the "Internet of Things" brings many advantages ¬ parts, such as a great flexibility in the installation by eliminating permanently installed communication lines. In contrast, the networking of systems by radio also brings some problems with it, which are not given in wire-bound components. In wireless systems in industrial environments, special emphasis must be placed on the reliability of data transmission, the determination of the authenticity of received data and manipulation immunity to caused for example by jamming hervorge ¬ called interference or by third parties onsversuchen. Particularly in the case of larger systems with correspondingly many networked subsystems, it is to be feared that the entire system will be disrupted or tampered with can be limited in their function or brought to a standstill ¬ stand.
In der Fachwelt ist es bekannt, dass in Bezug auf WLAN-Netze beispielsweise die Möglichkeit einer verschlüsselten Übertra¬ gung entsprechend der so genannten WPA2-Methode besteht. Es ist somit einem Dritten nicht ohne weiteres möglich, übertra¬ gene Nutzdaten abzuhören beziehungsweise die Rolle eines der rechtmäßigen Kommunikationspartner einzunehmen und unechte Daten abzusetzen. In the professional world, it is known that in terms of wireless networks is for example the possibility of encrypted Übertra ¬ supply in accordance with the so-called WPA2 method. It is therefore a third party not readily possible to listen übertra ¬ generate useful data or assume the role of the legitimate communication partners and to sell fake data.
Die Verschlüsselung stößt jedoch an seine Grenzen, wenn Dritte das Netzwerk-Passwort in Erfahrung bringen. Dies könnte zum Beispiel dadurch geschehen, dass ein Dritter physischen Zugriff auf einen der Netzwerkteilnehmer erlangt, also beispielsweise einen Funksensor aus dem Netzwerk entwendet und, mit entsprechenden Fachkenntnissen, das in diesem Gerät in entsprechender Form abgespeicherte Netzwerk-Passwort aus die¬ sem Gerät ausliest. Encryption, however, reaches its limits when third parties learn the network password. This could be done, for example, that a third party obtains physical access to a network subscriber, so stolen, for example, a wireless sensor from the network and reads out with expertise, signal stored in said device in a corresponding form network password from the ¬ sem device.
Auch besteht insbesondere bei kurzen und/oder zu einfachen Netzwerk-Passwörtern die Gefahr, dass ein Dritter das Netzwerk-Passwort einfach durch entsprechend viele, gegebenen¬ falls automatisiert durchgeführte Kommunikationsversuche her- ausfindet. Dieser Vorgang ist als „brute-force attack" be¬ zeichnet . It is also especially with short and / or simple network passwords is a risk that a third party simply given ¬ if automated conducted communication attempts ausfindet the network password manufacturer by a corresponding number. This process is characterized as a "brute force attack" be ¬.
Auch kann die so genannte MAC-Adresse eines Netzwerk- Teilnehmers mit vergleichsweise geringem Aufwand nachgebildet werden, so dass die Authentizität eines Netzwerkteilnehmers im Falle eines herausgefundenen Netzwerk-Passwortes nachge¬ bildet werden kann. Also, the so-called MAC address of a network participant can be simulated with comparatively little effort, so that the authenticity of a network participant in the case of a network password found out nachge ¬ can be formed.
Hier könnten Verfahren und Systeme die Sicherheit eines sol- chen Netzwerks weiter verbessern, indem sie weitere Möglichkeiten zur Authentifizierung der einzelnen Kommunikationspartner zur Verfügung stellen. Im günstigsten Fall sollten durch solche Verfahren und Systeme keine oder nur geringe zu¬ sätzliche Kosten verursacht werden. Here, methods and systems could further improve the security of such a network by providing further possibilities for authentication of the individual communication partners. In the best case should caused by such methods and systems have little or no additional cost to ¬.
Ein weiteres Problem könnten Störsender sein, die absichtlich oder aufgrund technischer Fehlfunktion ein Funknetz stören. Another problem could be jamming, which interfere with a radio network deliberately or due to technical malfunction.
Wird beispielsweise der gesamte für ein so genanntes WLAN- Netzwerk nutzbare Frequenzbereich durch einen entsprechenden Störsender, in der Fachwelt als „WLAN-Jammer" oder „WLAN- Blocker" bekannt, mit geeigneten Hochfrequenzsignalen belegt, so kann die Übertragung von WLAN-Datenpaketen stark gebremst oder ganz unterbunden werden. Mit gängigen Mitteln kann zwar dieser Umstand festgestellt werden und zum Beispiel über die Auswertung von Informationen verschiedener so genannter Ac- cess Points auch eine einfache Art der Lokalisierung desIf, for example, the entire frequency range which can be used for a so-called WLAN network is occupied by suitable jamming transmitters, known in the professional world as "WLAN jammers" or "WLAN blockers", with suitable high-frequency signals, the transmission of WLAN data packets can be severely hampered or be completely stopped. This circumstance can be determined with common means and, for example, by means of the evaluation of information from various so-called access points, a simple way of localizing the
Störsenders ausgeführt werden, jedoch fehlt eine elegante Lö¬ sung für eine zügige Lokalisierung des Störsenders. Jammers are executed, but lacks an elegant Lö ¬ solution for rapid localization of the jammer.
Die genannten Problemstellungen ergeben sich in ähnlicher Weise auch bei anderen im industriellen Umfeld eingesetzten Funkstandards. Beispielsweise gibt es auch beim so genannten WirelessHART-Standard die Möglichkeit einer verschlüsselten Übertragung, in der Fachwelt auch als so genannte AES-128- Übertragung, jedoch würde das Herausfinden des Schlüssels auch hier Dritten die Möglichkeit zur Manipulation eröffnen. The problems mentioned arise in a similar manner with other radio standards used in the industrial environment. For example, there is also the possibility of encrypted transmission in the so-called WirelessHART standard, which is also known as AES-128 transmission in the art, but finding the key would also open the possibility for third parties to manipulate it.
Besonders geschickte Lösungen für die oben beschriebenen Problemstellungen ergäben sich, wenn sie keine oder nur geringe zusätzliche Aufwände und Kosten verursachten oder zu- sätzliche, im industriellen Umfeld gut nutzbare zusätzliche Funktionalitäten böten. Particularly clever solutions to the problems described above would result if they would cause little or no additional effort and expense or would provide additional functionalities that would be useful in the industrial environment.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einem Verfahren und einem System mit entsprechenden Infrastruk- turkomponenten der eingangs genannten Art diese in der Weise zu verbessern, dass die oben beschriebenen Probleme gelöst oder zumindest verbessert und dabei keine oder nur geringe zusätzliche Aufwände und Kosten verursacht oder zusätzliche, im industriellen Umfeld gut nutzbare zusätzliche Funktionali¬ täten geboten sind. The object of the present invention, starting from a method and a system with corresponding infrastructure components of the type mentioned in the introduction, is to improve them in such a way that the above-described problems are solved or at least improved and cause little or no additional expense and expense or additional, are offered in industrial environments well usable additional functionali ¬ activities.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch ein Verfah- ren gelöst, das den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebe¬ nen Verfahrensschritt aufweist. Diese Aufgabe wird ferner be¬ züglich des Systems durch ein System gelöst, das das im Kennzeichen des Anspruchs 6 angegebene Merkmal aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweiligen Unteransprüchen. This object is achieved by a process of ren respect procedural having the attached give ¬ nen in the characterizing part of claim 1 process step. This object is furthermore be ¬ züglich of the system achieved by a system having the feature stated in the characterizing part of claim 6. Advantageous embodiments of the invention are the subject of respective subclaims.
Die Lösungen haben den grundsätzlichen Vorteil, dass sie zumindest einige der genannten Problemstellungen lösen oder zu- mindest verbessern. Insbesondere bieten sie in vorteilhafter Weise bei vergleichsweise niedrigen zusätzlichen Aufwänden weitere Funktionalitäten wie zum Beispiel eine Ortungsfunkti¬ on, die sich im industriellen Umfeld gut nutzen lässt. Der erfinderische Schritt liegt in der eleganten Erweiterung üblicher, standardkonformer Systeme zur Datenübertragung im industriellen Umfeld, um durch eine zusätzliche Prüfung die Authentizität empfangener Daten mit erhöhter Sicherheit zu gewährleisten. Dazu wird durch geeignete Infrastrukturkompo- nenten zusätzlich zur ohnehin erforderlichen Datenübertragung der Ort des Senders von gesendeten Datenpaketen ermittelt und gegen eine gespeicherte Ortsinformation geprüft. The solutions have the fundamental advantage that they solve at least some of the problems mentioned or at least improve. In particular, they provide additional functions such as a Ortungsfunkti ¬ on that can be used well in an industrial environment advantageously at comparatively low additional Aufwänden. The inventive step lies in the elegant extension of conventional, standard-compliant systems for data transmission in industrial environments to ensure the authenticity of received data with increased security by an additional test. For this purpose, the location of the sender of transmitted data packets is determined by suitable infrastructure components in addition to the already required data transmission and checked against stored location information.
Für die Umsetzung einer solchen Funktionalität ist es nicht erforderlich, die mobile Einheit in Bezug auf die Hardware oder Software zu verändern. Auch muss der passende Kommunika¬ tionspartner, zum Beispiel der WLANZugangsknoten, nicht unbedingt für die Ortungsfunktionalität verändert werden. Die gewonnenen Ortsinformationen können auch für weitereTo implement such functionality, it is not necessary to change the mobile unit in terms of hardware or software. Also the appropriate communica ¬ tion partner must, for example, the WLANZugangsknoten are not necessarily changed for locating functionality. The obtained location information can also be used for more
Funktionen in einer Anlage, wie zum Beispiel die Steuerung eines autark fahrenden Transportwagens, herangezogen werden, wodurch sich ein Mehrfachnutzen für die installierten Infra- Strukturkomponenten ergibt. Daraus ergibt sich für ein solches System ein hoher Nutzen in Relation zu Aufwänden und Kosten . Mögliche Varianten für den internen Aufbau der Infrastrukturkomponenten und die Verfahren zur Bestimmung des Einfallswinkels von Wellenfronten hochfrequenter elektromagnetischer Signale auf Antennen können als Stand der Technik angesehen werden. Bei den meisten der bekannten Varianten ergibt sich ein zusätzlicher Nutzen, weil das Vorhandensein und das Lokalisieren von Störsendern mit den gleichen Infrastrukturkomponenten ebenfalls möglich sind. Functions in a system, such as the control of a self-propelled transport vehicle, are used, resulting in a multiple benefit for the installed Infra- Structure components results. This results in a high benefit in relation to expenses and costs for such a system. Possible variants for the internal structure of the infrastructure components and the methods for determining the angle of incidence of wavefronts of high-frequency electromagnetic signals on antennas can be regarded as state of the art. In most of the known variants there is an additional benefit, because the presence and localization of jammers with the same infrastructure components are also possible.
Beim Empfang eines von einem Funksender verschickten Datenpa- ketes wird durch die installierten Infrastrukturkomponenten stets auch die Position des Senders im Raum ermittelt und mit entsprechenden Datensätzen verglichen. Das Datenpaket wird unter anderem nur für gültig angesehen, wenn die ermittelte Position im Rahmen der Messgenauigkeit mit den im Datensatz abgelegten Werten übereinstimmt. Somit ergibt sich über die Positionsbestimmung eine zusätzliche Prüfmöglichkeit für die Authentizität empfangener Daten. Für Dritte wäre es ausge¬ sprochen schwierig, manipulierte Datenpakete abzusetzen und gleichzeitig einen passenden Positionswert bei den Infra- Strukturkomponenten zu provozieren. When receiving a data packet sent by a radio transmitter, the installed infrastructure components also always determine the position of the transmitter in the room and compare it with corresponding data records. Among other things, the data packet is only considered valid if the determined position within the measurement accuracy matches the values stored in the data record. This results in an additional test option for the authenticity of received data via the position determination. For others it would be addressed ¬ difficult to depose manipulated data packages and simultaneously to provoke an appropriate position value in the infra- structure components.
Für die Ermittlung des Positionswertes müssen prinzipiell auf der Seite der sendenden Einheit keine zusätzlichen Maßnahmen im Hardware- oder Software-Bereich ergriffen werden. Es reicht aus, dass die sendende Einheit Datenpakete absetzt.In principle, no additional measures in the hardware or software area have to be taken on the side of the sending unit to determine the position value. It is sufficient that the sending unit issues data packets.
Somit entstehen auf der Seite der sendenden Einheit keine zu¬ sätzlichen Kosten, was besonders bei einer größeren Anzahl installierter Funksensoren beziehungsweise Funkaktoren sehr vorteilhaft erscheint. Thus, no to ¬ sätzlichen costs, which installed especially in a larger number wireless sensors or wireless actuators built on the side of the transmitting unit appears very beneficial.
Auf der Seite der Infrastrukturkomponenten werden die Datenpakete empfangen und dekodiert. Zusätzlich wird über geeigne¬ te Antennen und Empfänger von jeder einzelnen installierten Infrastrukturkomponente ein Eintreffwinkel des von dem Sender abgestrahlten Signals des betreffenden Datenpaketes ermit¬ telt. Aus den ermittelten räumlichen Winkeln werden mit Hilfe von trigonometrischen Funktionen die Positionen der Sender ermittelt. Die Installation redundanter Infrastrukturkompo¬ nenten verbessert Fehlersicherheit und Messgenauigkeit des Systems. Wie bereits beschrieben kann mit Hilfe der ermittel¬ ten Positionswerte zusätzlich zu weiteren Maßnahmen, wie zum Beispiel einer verschlüsselten Datenübertragung oder Prüfung einer MAC-Adresse, die Authentizität erhaltener Daten geprüft werden. Selbstverständlich können die erhaltenen Positionsdaten für weitere Funktionen im industriellen Umfeld genutzt werden, zum Beispiel zur Positionsbestimmung beweglicher Systeme im Raum. On the side of the infrastructure components, the data packets are received and decoded. In addition, over geeigne ¬ th antennas and receiver installed by each Infrastructure component an arrival angle of the radiated from the transmitter signal of the relevant data packet ermit ¬ determined. From the determined spatial angles, the positions of the transmitters are determined with the aid of trigonometric functions. The installation of redundant components Infrastrukturkompo ¬ improved fail-safety and accuracy of the system. In addition to other measures, such as an encrypted data transfer or test a MAC address, the authenticity of data obtained as already described are tested using the ermittel ¬ th position values. Of course, the position data obtained can be used for other functions in the industrial environment, for example for determining the position of movable systems in space.
Prinzipiell kann das beschriebene Verfahren/System bei vielen im industriellen Umfeld eingesetzten Funkstandards Anwendung finden. Beispiele hierfür sind der WLAN- oder der In principle, the method / system described can be used in many radio standards used in industrial environments. Examples of this are the WLAN or the
WirelessHART-Standard und/oder andere. WirelessHART standard and / or others.
Die in der Folge noch näher beschriebenen Infrastrukturkompo¬ nenten können für weitere Funktionen genutzt werden. Es können Störsender wie zum Beispiel „WLAN-Jammer" oder „WLAN Blocker" oder auch aufgrund eines Defekts störende Geräte fest- gestellt und geortet werden. Besonders die Ortungsfunktion kann für ein schnelles Auffinden des störenden Gerätes sehr hilfreich sein. The Infrastrukturkompo ¬ components described in more detail in the following can be used for other functions. It is possible to detect and locate jamming devices such as "WLAN jammers" or "WLAN blockers" or equipment that is distracting due to a defect. Especially the locating function can be very helpful for a quick finding of the disturbing device.
Das dargestellte Verfahren/System ist durch zusätzliche Funk- tionalitäten wie zum Beispiel „Ortung" und „Erkennen und Orten von Störsendern" und geringen Aufwände, da nur spezielle Infrastrukturkomponenten benötigt werden und keine oder nur geringe Aufwände auf der Seite von Funksensoren beziehungs¬ weise Funkaktoren bestehen, besonders vorteilhaft. The illustrated method / system is by additional functionalities such as "location" and "detection and location of jammers" and low cost, since only special infrastructure components are needed and no or little effort on the side of wireless sensors or radio actuators ¬ exist, especially advantageous.
Zur ersten Verdeutlichung des Funktionsprinzips des vorge¬ stellten erfindungsgemäßen Verfahrens/Systems zeigt Figur 1 der Zeichnung, in der im Übrigen gleiche Teile mit dem glei- chen Bezugszeichen versehen sind, eine beispielhafte Anord¬ nung, hier auf der Basis eines WLAN-Systems . For the first clarification of the principle of operation of the pre ¬ presented inventive method / system, Figure 1 of the drawing, in the rest of the same parts with the same Reference numerals are provided, an exemplary Anord ¬ tion, here on the basis of a WLAN system.
In jeder der vier Ecken des Raumes 1 ist eine Infrastruktur- komponente 2, 3, 4, 5, hier mit „Mehrkanal-WLAN-Empfänger" bezeichnet, installiert. Im Raum befindet sich ein mobiles WLAN-Gerät 6. Hierbei könnte es sich beispielsweise um eine Systemeinheit handeln, die mit einer WLAN-Funkschnittstelle 7 ausgestattet ist. Es findet ein beispielsweise bidirektiona- 1er Datenaustausch 8 zwischen dem mobilen WLAN-Gerät 6 und einem WLAN-Zugangsknoten 9 statt. Dieser Datenaustausch wird genau so abgewickelt, wie er auch ohne weitere im Raum in¬ stallierte Komponenten stattfinden würde. Zusätzlich zum WLAN-Zugangsknoten 9 werden die Datenpakete 10 nun auch durch die Mehrkanal-WLAN-Empfänger 2, 3, 4, 5 empfangen. Die Mehr- kanal-WLAN-Empfänger 2, 3, 4, 5 ermitteln je einen Winkel Φι, ct>2 und so weiter für die Richtung, aus der das WLAN-Paket in Relation zum jeweiligen Bezugswinkel, zum Beispiel ein 90°- Winkel zur Antennenfläche, empfangen wurde. Die Mehrkanal- WLAN-Empfänger 2, 3, 4, 5 sind zum Beispiel durch ein fest installiertes LAN-Netz mit einer Zentraleinheit (in der Figur nicht näher dargestellt) verbunden und übermitteln die erhal¬ tenen Winkelwerte für jedes empfangene Datenpaket 10 an eine Zentraleinheit. Da die Position der installierten Mehrkanal- WLAN-Empfänger 2, 3, 4, 5 bekannt ist sowie deren Bezugswinkel, kann von der Zentraleinheit mit Hilfe von trigonometri¬ schen Funktionen auf einfache Weise die Position 11 des mobi¬ len WLAN-Gerätes 6 im Raum 1 ermittelt werden. Die Positionen der Infrastrukturkomponenten 2, 3, 4, 5 und des mobilen WLAN-Geräts 6 sind in der Figur 1 als x-y- Koordinaten xi/yi, x2/y2, xs/ys,
Figure imgf000009_0001
und Xcerät/Ycerät eines überlagerten x/y-Koordinatensystems ausgehend von einem Null¬ punkt 0/0 des überlagerten x/y-Koordinatensystems angegeben. An infrastructure component 2, 3, 4, 5, here referred to as "multi-channel WLAN receiver", is installed in each of the four corners of the room 1. In the room there is a mobile WLAN device 6. This could be, for example is a system unit that is equipped with a WLAN radio interface 7. There is, for example, a bidirectional data exchange 8 between the mobile WLAN device 6 and a WLAN access node 9. This data exchange is handled exactly as it would be without would take place in the space in ¬ stallierte components more. in addition to the wireless access node 9, the data packets are 10 now also received by the multi-channel wireless receiver 2, 3, 4, 5. the multi-channel wireless receiver 2, 3, 4, 5 each determine an angle Φι, ct> 2 and so on for the direction from which the WLAN packet was received in relation to the respective reference angle, for example a 90 ° angle to the antenna surface 2, 3, 4, 5 are, for example, by a permanently installed LAN network with a central unit (not shown in detail in the figure) and transmit the sustainer ¬ requested angle values for each received data packet 10 to a central unit. Since the position of the installed multi-channel WLAN receiver 2, 3, 4, 5 is known and their reference angle, the central unit with the help of trigonometric ¬ rule functions easily the position 11 of mobi ¬ len wireless device 6 in space 1 are determined. The positions of the infrastructure components 2, 3, 4, 5 and the mobile WLAN device 6 are shown in FIG. 1 as xy coordinates xi / yi, x 2 / y2, xs / ys,
Figure imgf000009_0001
and Xcerät / Ycerät a superimposed x / y coordinate system, starting from a zero ¬ point 0/0 of the superimposed x / y coordinate system indicated.
Der WLAN-Zugangsknoten 9 kann ebenfalls per LAN mit der Zentraleinheit verbunden sein und so die Positionsinformationen zusammen mit dem Nutzinhalt der Datenpakete 10 weiterverar- beiten und die gewonnenen Daten an übergeordnete Einheiten weiterleiten. Die Prüfung empfangener Datenpakete 10 auf Authentizität kann ebenfalls in der Zentraleinheit erfolgen. The WLAN access node 9 can likewise be connected to the central unit via LAN and thus further transmit the position information together with the useful content of the data packets 10. and forward the data to higher-level units. The checking of received data packets 10 for authenticity can likewise be carried out in the central unit.
Figur 2 der Zeichnung zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für einen Kommunikations- und Authentifizierungsvorgang entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren. Im Einzelnen stehen die Blöcke 12 bis 23 für folgende prinzipielle Vorgän¬ ge : Figure 2 of the drawing shows an exemplary flow chart for a communication and authentication process according to the method described above. In detail, the blocks 12 to 23 are for the following basic Vorgän ¬ ge:
12: Anforderung neuer Prozessdaten durch die Zentraleinheit; 13: Versenden eines WLAN-Datenpaketes zur Abfrage neuer Pro¬ zessdaten; 12: Request of new process data by the central unit; 13: sending a WLAN data packet to query new Pro ¬ zessdaten;
14: Bearbeitung der Anfrage im mobilen WLAN-Gerät, Ermitteln der neuen Prozessdaten;  14: Processing the request in the mobile WLAN device, determining the new process data;
15: Verschlüsseltes Versenden der neuen Prozessdaten durch das mobile WLAN-Gerät; 15: Encrypted sending of the new process data by the mobile WLAN device;
16: Empfangen und Entschlüsseln des Datenpaketes vom WLAN-16: receiving and decrypting the data packet from the WLAN
Zugangsknoten ; Access node;
17: Übertragen der empfangenen Daten an die Zentraleinheit per LAN;  17: transmitting the received data to the central unit via LAN;
18: Prüfung der Authentizität der erhaltenen Daten in der Zentraleinheit anhand:  18: Checking the authenticity of the received data in the central unit by:
- MAC-Adresse des mobilen WLAN-Gerätes ;  MAC address of the mobile WLAN device;
- Prüfsumme über die entschlüsselten Daten;  - Checksum about the decrypted data;
- Plausibilitätstest für die neuen Prozessdaten;  - plausibility test for the new process data;
- Prüfung der Ortsinformation (Vergleich mit gespeichertem Ort) ;  - verification of location information (comparison with stored location);
19: Empfangene Daten authentisch?  19: Received data authentic?
20: Übertragen der empfangenen Messwerte an ein übergeordnetes System, gegebenenfalls zusammen mit den Ortsinforma¬ tionen zum mobilen WLAN-Gerät; 20: transmitting the received measured values to a higher level system, optionally together with the local Informa ¬ functions to the mobile wireless device;
21: Empfangen des Datenpaketes auch durch die Mehrkanal- WLAN-Empfänger 2 bis 5, Ermitteln der jeweiligen Einfallswinkel der WLAN-Pakete;  21: receiving the data packet also by the multi-channel WLAN receiver 2 to 5, determining the respective angle of incidence of the WLAN packets;
22: Übermitteln des jeweils ermittelten Einfallswinkels zu¬ sammen mit Randinformationen zum betreffenden Datenpaket durch jeden der vier Mehrkanal-WLAN-Empfänger an die Zentraleinheit per LAN; 22: transmission of the respectively determined angle of incidence to ¬ together with edge information to the relevant data packet through each of the four multi-channel WLAN receivers to the central unit via LAN;
23: Melden eines nicht authentischen Datenpaketes zusammen mit Details zum Vorgang. 23: Report a non-authentic data packet along with details of the operation.
Gemäß der Figur 2 werden Prozessdaten abgerufen und übertragen. Die gestrichelten Blöcke im Ablaufdiagramm enthalten zumindest teilweise Schritte, die sich auf das neue Verfahren, das heißt auf die Ermittlung des Ortes des mobilen WLAN- Gerätes und die zusätzliche Prüfung der Authentizität empfan¬ gener Datenpakete anhand der Ortsinformation beziehen. Es lässt sich leicht erkennen, dass die wesentlichen Schritte im Kommunikationsablauf genauso vollzogen werden wie ohne Ein¬ satz des Ortungsverfahrens, und dass zur Ermittlung des Ortes des mobilen WLAN-Gerätes keine zusätzliche Interaktion zwi¬ schen dem mobilen WLAN-Gerät und den Mehrkanal-WLAN- Empfängern erforderlich ist. Vielmehr läuft die Kommunikation zwischen dem mobilen WLAN-Gerät und dem WLAN-Zugangsknoten auf die gleiche Weise wie ohne die Ortungsfunktionalität ab. Die Mehrkanal-WLAN-Empfänger werten die gesendeten WLAN- Datenpakete nur zusätzlich aus. According to FIG. 2, process data are retrieved and transmitted. The dashed blocks in the flow chart containing at least partially steps relating to the new procedure, that is the determination of the location of the mobile wireless device and the additional check of authenticity are received, ¬ gener data packets based on the location information. It can be easy to see that the essential steps in the communication process to be completed as well as without a ¬ set of locating method, and that for determining the location of the mobile wireless device no additional interaction Zvi ¬ rule the mobile wireless device and the multi-channel wireless - Recipients is required. Rather, the communication between the mobile WLAN device and the WLAN access node proceeds in the same way as without the location functionality. The multichannel WLAN receivers only additionally evaluate the transmitted WLAN data packets.
Die in den WLAN-Mehrkanalempfängern selbst eingesetzten Verfahren zur Ermittlung des Einfallswinkels von auf Antennen einfallenden Wellenfronten eines hochfrequenten Signals sind dem Fachmann unter Begriffen wie „Angle of Arrival (AoA) Estimation" oder „Angle of Arrival (AoA) Measurement" be¬ kannt. Der vorliegende Fall bezieht sich ausschließlich auf die Anwendung der gewonnenen Winkelinformationen zum Zwecke der Authentifizierung empfangener Funk-Datenpakete mit demThe method itself used in the wireless multi-channel receiver for determining the angle of incidence of light incident on antennas wavefronts of a high-frequency signal to those skilled in terms such as "Angle of Arrival (AoA) Estimation" or "Angle of Arrival (AoA) Measurement" be ¬ known. The present case relates exclusively to the application of the obtained angle information for the purpose of authentication of received radio data packets with the
Zusatznutzen der Möglichkeit einer Ortsbestimmung der sendenden Einheit. Added benefit of the possibility of determining the location of the sending unit.
Anhand der Figur 1 lässt sich auch die Erkennung und Ortung von Störsendern oder defekten Geräten beschreiben. The recognition and location of jammers or defective devices can also be described with reference to FIG.
Befindet sich beispielsweise anstelle des mobilen WLANGerätes 6 ein Störsender im Raum 1, so findet zwar keine Kommunikati- on zwischen dem Störsender und dem WLAN-Zugangsknoten 9 statt, der WLAN-Zugangsknoten 9 könnte aber unter Umständen feststellen, dass hier störende Datenpakete abgesetzt werden beziehungsweise dass Anfragen bei Kommunikationspartnern un- beantwortet bleiben und dies an die Zentraleinheit melden. For example, if instead of the mobile WLAN device 6 there is a jamming device in the room 1, no communication is found. On the other hand, the WLAN access node 9 could, under certain circumstances, determine that disturbing data packets are being dropped or that requests from communication partners remain unanswered and report this to the central unit.
Die Mehrkanal-WLAN-Empfänger 2, 3, 4, 5 hingegen können bei passender interner Auslegung, zum Beispiel als Einrichtungen zum Empfang diverser hochfrequenter Signale im passenden Frequenzbereich, auch wenn die Signale nicht standardkonform sind, auch Störsignale empfangen und ebenfalls den Winkel zur Störquelle ermitteln. Beide Informationen können von jedem der Mehrkanal-WLAN-Empfänger 2, 3, 4, 5 an die Zentraleinheit übermittelt werden, wo wiederum eine Position 11 im Raum 1 ermittelt und eine entsprechende Nachricht an eine übergeord¬ nete Einheit abgesetzt werden kann. Durch die Übermittlung einer Ortsinformation kann der Störsender innerhalb des Raumes 1 viel schneller ausfindig gemacht werden, als dies zum Beispiel bei der Feststellung von Störungen im Bereich eines WLAN-Zugangsknotens 9 der Fall wäre. The multichannel WLAN receivers 2, 3, 4, 5, however, can receive interfering signals and also the angle to the source of interference with suitable internal design, for example as devices for receiving various high-frequency signals in the appropriate frequency range, even if the signals are not standard compliant determine. Both information can be transmitted to the central unit 5 of each of the multi-channel wireless receiver 2, 3, 4, where, in turn, determines a position 11 in the room 1 and a corresponding message can be issued to a übergeord ¬ designated unit. By transmitting location information, the jammer within the room 1 can be located much faster than would be the case, for example, in the detection of interference in the area of a WLAN access node 9.
Wie oben bereits erwähnt, kann das beschriebene Verfahren und System auch bei anderen Funkstandards, wie zum Beispiel As already mentioned above, the described method and system can also be used with other radio standards, such as
WirelessHART, in ähnlicher Weise eingesetzt werden. WirelessHART, used in a similar way.
Wie oben bereits erwähnt, kann es unter Umständen erforderlich sein, dass eine verschlüsselte Kommunikation zwischen Sensoren, Aktuatoren, Maschinen und Anlagenteilen und so weiter und den Infrastrukturkomponenten stattfinden muss bezie- hungsweise dass sich die Kommunikationspartner im Verlauf der Abrechnung gegenseitig authentifizieren müssen. Das oben beschriebene Verfahren, per Funk übertragene Datenpakete „abzu¬ hören", um eine Winkelinformation zu gewinnen, funktioniert auch bei der Übertragung verschlüsselter Datenpakete, da auch diese Datenpakete innerhalb von so genannten Datenframes übertragen werden, deren Randinformationen selbst unverschlüsselt bleiben. So kann in der Regel, zumindest im Hin¬ blick auf die unmittelbar beteiligten Kommunikationspartner, nach wie vor eine Winkelmessung und eine Zuordnung der ermittelten Winkel zum jeweiligen Gerät erfolgen. Für die Durchführung der Winkelmessung ist keine komplette Dekodie- rung/Entschlüsselung des Datenpakets erforderlich. As mentioned above, it may sometimes be necessary for encrypted communication to take place between sensors, actuators, machines and plant components, etc., and the infrastructure components, or that the communication partners must mutually authenticate themselves during billing. The method described above, radio-transmitted data packets "ERS ¬ listen" to win an angle information, also works for the transmission of encrypted data packets, since these data packets are transmitted within the so-called data frames, the edge information remains even unencrypted. Thus, in usually, at least in the view of Hin ¬ directly involved communication partners, As before, an angle measurement and an assignment of the determined angle to the respective device done. To perform the angle measurement, no complete decoding / decryption of the data packet is required.
Zur weiteren Verdeutlichung der oben genannten Details zur Erfindung werden nachfolgend einige weitere praxisbezogene Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. To further clarify the above-mentioned details of the invention, some further practice-related embodiments are explained in more detail below with reference to the drawing.
Dabei zeigen wie oben schon angesprochen As already mentioned above
Figur 1: ein beispielhaftes erfindungsgemäßes System auf der Figure 1: an exemplary inventive system on the
Basis eines WLAN-Systems ; und  Basis of a WLAN system; and
Figur 2: ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Ablaufdiagramm für einen Kommunikations- und Authentifizierungs- vorgang; und weiter: Figur 3: ein System mit wichtigen Anlagenteilen und mobilen FIG. 2 shows an exemplary flow chart according to the invention for a communication and authentication process; and further: Figure 3: a system with important parts of the system and mobile
Geräten als ein erstes konkretes Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung; Devices as a first concrete Ausführungsbei ¬ game of the invention;
Figur 4: einen Mehrkanal-WLAN-Empfänger kombiniert mit einem Figure 4: a multi-channel wireless receiver combined with a
WLAN-Zugangsknoten als ein zweites Ausführungsbei- spiel der Erfindung für einen Einsatz in einem System nach der Figur 3;  WLAN access node as a second embodiment of the invention for use in a system according to Figure 3;
Figur 5: eine mobile Steuereinheit für Fertigungseinrichtungen und Fertigungsanlagen als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Einsatz in einem System nach der Figur 3; und FIG. 5 shows a mobile control unit for production facilities and production facilities as a third exemplary embodiment of the invention for use in a system according to FIG. 3; and
Figur 6: eine Fertigungsanlage gemäß der Figur 5 mit konven¬ tioneller Positionserkennung mit Transpondern. 6 shows a production line according to FIG 5 with conven tional ¬ position detection with transponders.
In der Figur 3 ist, ähnlich zur Figur 1, wiederum der Grund- riss eines Raumes 1 dargestellt. Hierbei handelt es sich jetzt konkret um eine Fertigungshalle, in der sich eine Reihe von Fertigungszellen beziehungsweise Fertigungsabschnitten 24 befinden. In diesen Fertigungszellen sind Sensoren bezie- hungsweise Maschinen beziehungsweise Anlagenteile 25 und so weiter installiert, die mit WLANFunkschnittstellen 7 ausgerüstet sind. Der Datenaustausch zwischen diesen Maschinen und Anlagenteilen mit einer übergeordneten Einheit findet prinzi- piell über den WLAN-Zugangsknoten 9A statt. Aus Redundanzgründen ist zusätzlich der WLAN-Zugangsknoten 9B installiert. Zusätzlich fahren in bestimmten Bereichen der Fertigungshalle zwei autarke Flurförderfahrzeuge 26 mit WLAN-Funkschnitt- stellen 7 umher, die Teile von einer Bearbeitungsstation zur nächsten transportieren. In FIG. 3, similar to FIG. 1, the basic crack of a room 1 is again shown. This is actually a production hall in which a number of production cells or production sections 24 are located. In these manufacturing cells sensors are related. As a result, machines or plant components 25 and so on are installed, which are equipped with WLAN radio interfaces 7. The data exchange between these machines and plant parts with a higher-level unit basically takes place via the WLAN access node 9A. For redundancy reasons, the WLAN access node 9B is additionally installed. In addition, in certain areas of the production hall, two self-contained industrial trucks 26 are moving around with WLAN radio interfaces 7, which transport parts from one processing station to the next.
Von den Sensoren, Maschinen und Anlagenteilen 25 versendete Datenpakete werden zusätzlich zu einer verschlüsselten Übertragung gemäß einem so genannten WPA2-Protokoll noch auf Au- thentizität geprüft, indem auf die oben beschriebene Weise der Ort des Senders durch „Abhören" der versendeten WLAN- Datenpakete durch die vier installierten Mehrkanal-WLAN- Empfänger 2, 3, 4, 5 und eine auswertende Zentraleinheit, die in der Figur 3 nicht näher dargestellt ist, ermittelt und ge- gen eine Liste mit den Installationsorten der verschiedenen Sensoren, Maschinen und Anlagenteile 25 geprüft wird. Dies führt zu einer erhöhten Sicherheit für das WLAN-Funknetz gegenüber Manipulationen Dritter. Eine übergeordnete Einheit steuert auch die autark fahrenden Flurförderfahrzeuge 26, indem ihre WLANFunkschnittstellen 7 mit den WLAN-Zugangsknoten 9A beziehungsweise 9B Daten austauschen. Die von den Flurförderfahrzeugen 26 gesendeten Datenpakete werden zusätzlich ebenfalls von den vier instal- Herten Mehrkanal-WLAN-Empfängern 2, 3, 4, 5 „abgehört", wodurch ebenfalls auf die oben beschriebene Weise die aktuelle Position der Flurförderfahrzeuge 26 ermittelt wird. Diese er¬ mittelte Position kann nun einerseits auf Plausibilität ge¬ prüft werden, zum Beispiel dadurch, dass ermittelt wird, ob die aktuell ermittelte Koordinate nahe an der zuvor ermittel¬ ten Koordinate liegt, sowie auch als aktuelle Positionsinfor¬ mation, gegebenenfalls zusätzlich zu Messdaten eines Laserscanners oder ähnlichem, weiterverarbeitet werden. Somit er- höht die vorgeschlagene Lösung auch im Hinblick auf die mobi¬ len Flurförderfahrzeuge 26 die Sicherheit der Funk- Datenübertragung sowie die Zuverlässigkeit der Ortsinformati¬ on, die als Basis für die folgenden Steuerbefehle für das Flurförderfahrzeug 26 dient. In addition to an encrypted transmission according to a so-called WPA2 protocol, data packets sent by the sensors, machines and system parts 25 are also tested for authenticity by the location of the transmitter being monitored in the manner described above by "listening" to the transmitted WLAN data packets the four installed multi-channel WLAN receiver 2, 3, 4, 5 and an evaluating central unit, which is not shown in detail in FIG. 3, are determined and checked against a list of the installation locations of the various sensors, machines and system components 25 This also leads to increased security for the WLAN radio network compared to manipulations by third parties.A higher-level unit also controls the self-propelled industrial trucks 26 by exchanging data with their WLAN radio interfaces 7 with the WLAN access nodes 9A and 9B, respectively in addition also from the four in Stal- Herten multichannel WLAN receivers 2, 3, 4, 5 "listened", which also in the manner described above, the current position of the industrial trucks 26 is determined. This he ¬ mittelte position can now on the one hand are ge ¬ checked for plausibility, for example in that it is determined whether the coordinate currently determined is close to the previously ermittel ¬ th coordinate, as well as the current Positionsinfor ¬ mation, optionally in addition to measurement data a laser scanner or the like, further processed. Thus, Increases the proposed solution with respect to the mobi ¬ len industrial trucks 26, the security of wireless data transmission and the reliability of Ortsinformati ¬ on, which serves as the basis for the following control commands for the industrial truck 26.
Sollte sich in der Fertigungshalle oder eventuell auch im na¬ hen Umfeld ein Störsender befinden, zum Beispiel wegen einer Manipulation durch Dritte, der eine WLAN-Kommunikation in der Fertigungshalle unmöglich macht, so kann dies von einer über¬ geordneten Einheit erkannt werden, wenn die WLAN- Zugangsknoten entsprechende Informationen an eine übergeordnete Einheit weitergeben. Möchte man den Störsender dann jedoch ausfindig machen, so kann eine durch die Mehrkanal-WLAN- Empfänger 2, 3, 4, 5 ermittelte Position die Suche nach dem Störsender erheblich beschleunigen. Die gleiche Funktionalität kann auch genutzt werden, um Geräte zügig ausfindig zu machen, die defekt sind beziehungsweise stören oder die aus irgendeinem Grund ein sehr hohes Datenaufkommen auf der Funk- Schnittstelle verursachen, was zu unnötigen Latenzzeiten bei der Funkübertragung oder zu zeitweisen Ausfällen des Funknetzes führt. If in the production hall or possibly in na ¬ hen environment a jammer are, for example because of a manipulation by a third party that makes a wireless communication in the production hall impossible, this can be recognized by an over ¬ parent unit if the WLAN access node pass corresponding information to a higher-level unit. However, if you would like to locate the jammer then a position determined by the multichannel WLAN receivers 2, 3, 4, 5 can considerably speed up the search for the jammer. The same functionality can also be used to quickly locate devices that are faulty or disruptive, or that cause for some reason a very large amount of data on the radio interface, resulting in unnecessary latency in radio transmission or temporary failure of the radio network ,
Die oben beschriebene multifunktionale Nutzbarkeit der in- stallierten Systemkomponenten führt dazu, dass sich Kosten und Installationsaufwand für ein solches System schnell aus¬ zahlen . The multifunctional usability of the domestic stallierten system components described above means that the cost and installation cost of such a system quickly pay off ¬.
Im vorgenannten Beispiel wurde ein WLAN-Netz erwähnt. Selbst- verständlich können die beschriebenen Funktionen auch bei anderen, im industriellen Umfeld eingesetzten Funknetzen in ähnlicher Weise angewendet werden. In the above example, a wireless network was mentioned. Of course, the described functions can also be used in a similar manner for other radio networks used in the industrial environment.
Die Figur 4 zeigt die rechte obere Ecke der Darstellung gemäß der Figur 3 mit der Veränderung, dass der hier verwendeteFIG. 4 shows the upper right corner of the illustration according to FIG. 3 with the modification that is used here
Mehrkanal-WLAN-Empfänger 4 gleich den WLAN-Zugangsknoten 9B beigeordnet hat. Die jeweiligen Antennensysteme der jeweili¬ gen WLAN-Funkschnittstellen 7 des Mehrkanal-WLAN-Empfängers 4 und des WLAN-Zugangsknotens 9B sind dabei aber jeweils weiter getrennt gehalten. Multi-channel WLAN receiver 4 has the same assigned to the WLAN access node 9B. The respective antenna systems jeweili ¬ gen WLAN radio interface 7 of the multi-channel wireless receiver 4 and the WLAN access node 9B are, however, kept separate in each case.
Die Kombination aus einem Mehrkanal-WLAN-Empfänger zum Bei- spiel 4 und einem WLAN-Zugangsknoten zum Beispiel 9B in Form eines einzigen (Kombinations- ) Gerätes 27 kann gegebenenfalls zur Reduzierung des Installationsaufwands der zuvor beschrie¬ benen Lösung genutzt werden. Wird für ein Produkt nur diese Ausführung als Kombinationsge¬ rät verwendet, so stehen dem erhöhten Aufwand der Funktions¬ blöcke für einen WLAN-Zugangsknoten zum Beispiel 9B reduzierte Kosten für die Lagerhaltung gegenüber. Wird für den jeweiligen Installationsort ein WLAN-Zugangsknoten 9 benötigt, so wird der entsprechende Teil des Systems ebenfalls in Betrieb genommen . The combination of a multi-channel wireless receiver to Example 4 and a wireless access node, for example, 9B in the form of a single (combination) device 27 may optionally be used to reduce the cost of installation of the previously beschrie ¬ surrounded solution. Is for a product, only this version used as Kombinationsge ¬ advises the instruction the increased complexity of the function blocks ¬ for a wireless access point, for example 9B towards reduced costs for stock. If a WLAN access node 9 is required for the respective installation site, then the corresponding part of the system is also put into operation.
Die beschriebene Möglichkeit der Fertigung von Kombinations¬ geräten 27 ist auch für andere, im industriellen Umfeld übli- che Funkschnittstellen in ähnlicher Weise denkbar. The possibility of production of combination devices ¬ 27 described is also conceivable for others, include customary in industrial environments radio interfaces in a similar manner.
Am Markt sind zur Steuerung von Fertigungseinrichtungen und Fertigungsanlagen mobile Steuereinheiten, ähnlich zu Fernbedienungen, teilweise auch mit einfachen oder aufwändigen Dis- plays, erhältlich, mit denen per Funk die entsprechenden Einstellungen und Steuerbefehle vorgenommen oder auch komplette AblaufProgramme eingerichtet werden können. Mobile control units, similar to remote controls, sometimes also with simple or elaborate displays, are available on the market for the control of production facilities and production facilities, by means of which the corresponding settings and control commands can be made by radio or entire process programs can be set up.
Ebenfalls am Markt erhältlich sind Ortungssysteme für solche mobile Steuereinheiten, um zum Beispiel den Anwender dazu zu zwingen, sich zur Steuerung einer bestimmten Anlage in einem mehr oder weniger genau abgegrenzten Bereich aufzuhalten. So werden mit Hilfe so ausgestatteter Steuereinheiten Sicherheitsanforderungen, wie beispielsweise ein direkter Sichtkon- takt zu einem bestimmten Anlagenteil, umgesetzt. Verlässt nun der Anwender beispielsweise hier den abgegrenzten Bereich, so stoppt die Anlage automatisch, bis der Anwender wieder in den abgegrenzten Bereich zurückkehrt, sich also das Steuerpanel wieder im abgegrenzten Bereich befindet. Also available on the market are location systems for such mobile control units, for example, to force the user to reside in a more or less precisely defined area to control a particular facility. Thus, with the help of such equipped control units safety requirements, such as a direct visual contact to a particular part of the plant, implemented. If, for example, the user leaves the delimited area here, the system automatically stops until the user returns to the area the delimited area returns, so the control panel is again in the demarcated area.
Auch bei der Funkdatenkommunikation zwischen dem Steuerpanel und der zugehörigen Anlage kann die oben beschriebene Funkti¬ onalität mit Mehrkanal-Empfängern zur Winkelbestimmung zum einen die Prüfung der Authentizität empfangender Daten verbessern, zum anderen eine Winkel- oder Ortsinformation zur aktuellen Position des Anwenders liefern. Die Winkel- oder Ortsinformation kann alleine verwertet werden oder aber, bei besonders sicherheitsrelevanten Anwendungsfällen, in Verbindung mit weiteren Verfahren, die ebenfalls eine Winkel- oder Positionsinformation liefern. Figur 5 zeigt erfindungsgemäß eine mobile Steuereinheit 28 im Umfeld einer Fertigungseinrichtung und/oder Fertigungsanlage 29 an zwei verschiedenen Aufenthaltsorte 30, 31 zur Ferti¬ gungseinrichtung und/oder Fertigungsanlage 29, die mit einem Kombinationsgerät 27 ausgestattet ist. In der Figur 5 ist der für die mobile Steuereinheit 28 erlaubte Aufenthaltsbereich 32 schraffiert dargestellt. Even with the wireless data communication between the control panel and the associated system, the above-described func ¬ onality with multi-channel receivers for angle determination on the one hand to improve the authenticity of receiving data improve, on the other hand provide an angle or location information to the current position of the user. The angle or location information can be used alone or, in particularly safety-relevant applications, in conjunction with other methods that also provide an angle or position information. Figure 5 shows the present invention, a mobile control unit 28 in the environment of a manufacturing facility and / or manufacturing system 29 at two different locations of 30, 31 to Ferti ¬ restriction device and / or production facility 29, which is equipped with a combination device 27th In FIG. 5, the area 32 allowed for the mobile control unit 28 is shown hatched.
Befindet sich die mobile Steuereinheit 28, und damit der An¬ wender, im zulässigen Aufenthaltsbereich 32, also zum Bei- spiel am Aufenthaltsort 30, so ist die Anlage 29 freigeschal¬ tet und läuft. Verlässt der Anwender mit der mobilen Steuereinheit 28 hingegen den zulässigen Aufenthaltsbereich 32 und befindet sich beispielsweise am Aufenthaltsort 31, so bleibt die Anlage 29 aus Sicherheitsgründen stehen und setzt die Be- arbeitung erst wieder fort, wenn sich die mobile Steuereinheit 28 wieder innerhalb des gekennzeichneten Bereiches 32 befindet . The mobile control unit is 28, and thus the on ¬ pancake, in the permitted location area 32, so the examples game on the spot 30, the plant is 29 freigeschal ¬ tet and running. On the other hand, if the user leaves the permissible residence area 32 with the mobile control unit 28 and is located, for example, at the location 31, the installation 29 stops for safety reasons and only resumes processing when the mobile control unit 28 returns within the marked area 32 is located.
Der aktuelle Winkel Φι in Relation zu einem Bezugswinkel 33 für die Winkelbestimmung wird hierbei wie oben bereits be¬ schrieben ermittelt. Zusätzlich kann über die Auswertung von Empfangspegeln als zusätzliche Information, die zum Beispiel integrierte WLAN-Empfänger-Bausteine liefern, was einem Fach- mann bekannt ist, noch eine grobe Abstandsinformation di, d2 zur Position des Anwenders ermittelt werden. Da bei vielen Anwendungen nur erforderlich ist, dass der Anwender aus einem bestimmten Blickwinkel auf beziehungsweise in die Anlage se- hen kann und nicht allzu weit von der Anlage entfernt steht, erscheint eine derart ermittelte Positionsinformation als ausreichend . The current angle Φι in relation to a reference angle 33 for the angle determination is hereby determined as already described be ¬ above. In addition, through the analysis of reception levels as additional information, which, for example, can supply integrated WLAN receiver components, which is is still known, a rough distance information di, d2 are determined to the position of the user. Since in many applications it is only necessary for the user to be able to look at or into the plant from a certain angle and not be too far away from the plant, such a position information determined in this way seems sufficient.
Selbstverständlich kann auch hier über die Positionsinforma- tion die Authentizität von der Anlage empfangener Daten zu¬ sätzlich geprüft werden beziehungsweise sogar eine weitere Funktionalität geboten werden. Der Anwender kann mit derselben mobilen Steuereinheit28 von einem Anlagenteil 29 zu einem anderen Anlagenteil 29 wechseln, und innerhalb des jeweils vorgeschriebenen Aufenthaltsbereichs 32 beispielsweise Konfi¬ gurationen an den betreffenden Anlagen 29 durchführen. Durch die Abgrenzung von diversen Bereichen bräuchte der Anwender für den Wechsel von einer Anlage 29 zur nächsten keine zusätzlichen Maßnahmen ergreifen. Of course, the authenticity can also be checked by the system received data to ¬ additionally or even a further functionality are offered on the Positionsinforma- tion. The user can switch to using the same mobile Steuereinheit28 of a piece of equipment 29 to a different part of the system 29, and within the respectively prescribed location area 32, for example confi ¬ configurations perform on the respective plants 29th By delimiting various areas, the user would not need to take any additional measures to change from one plant 29 to the next.
Im Vergleich zum erfindungsgemäßen Beispiel nach den Figuren 1 bis 5 ist in der Figur 6 eine Umsetzung entsprechend in der technischen Welt bereits eingesetzter Systeme ersichtlich. Hier sind zur Abgrenzung des zulässigen Aufenthaltsbereichs 32 die Transponder Tri bis Tr3 installiert. Die mobile Steu¬ ereinheit 28 kann mit Radar-Abstandsmessverfahren die jeweils aktuellen Abstände di, d2, d3 zum Beispiel für den Aufent¬ haltsort 30 zwischen ihr und den drei Transpondern Tri, Tr2, Tr3 ermitteln und aus diesen Abstandswerten wiederum über trigonometrische Funktionen, da die Installationspositionen der drei Transponder Tri, Tr2, Tr3 dem System bekannt sind, die eigene Position feststellen. Nachteilig ist hier, dass die drei Transponder Tri, Tr2, Tr3 an vergleichsweise ungüns- tigen Positionen installiert werden müssen. Außerdem ist für die Radar-Abstandsmessung ein eigener, vergleichsweise aufwändiger Funktionsblock in der mobilen Steuereinheit erforderlich. Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren/System passt in eine Umgebung gemäß der Figur 6 ausgezeichnet hinein, wo¬ bei für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Systemkonzeptes auf der Seite des mobilen Steuergerätes 28 kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Compared to the example according to the invention according to FIGS. 1 to 5, FIG. 6 shows a conversion corresponding to systems already used in the technical world. Here the transponders Tri to Tr3 are installed to delimit the permissible residence area 32. The mobile STEU ¬ ereinheit 28, the current distances di, d 2, d 3 to determine with radar distance measuring methods, for example, for the staying ¬ haltsort 30 between it and the three transponders Tri, Tr2, Tr3 and from these distance values in turn trigonometric functions Since the installation positions of the three transponders Tri, Tr2, Tr3 are known to the system, they determine their own position. The disadvantage here is that the three transponders Tri, Tr2, Tr3 must be installed at comparatively unfavorable positions. In addition, a separate, comparatively complex function block in the mobile control unit is required for the radar distance measurement. The method / system described above according to the invention fits into an environment according to Figure 6 in excellent where ¬ no additional effort is required in the implementation of the system concept according to the invention on the side of the mobile control unit 28th
Der Einsatz von Smartphones als mobiles Steuergerät 28 für Anlagenteile 29 ist mit entsprechenden Applikationsprogrammen und entsprechenden Sicherungen ebenfalls denkbar. Auch hier wären die oben beschriebenen Funktionen nutzbar. The use of smartphones as a mobile control unit 28 for system components 29 is also conceivable with corresponding application programs and corresponding fuses. Again, the functions described above would be usable.
Nachfolgend werden ein viertes, fünftes und sechstes erfin¬ dungsgemäßes Verfahren/System allgemein beschrieben. Hereinafter, a fourth, fifth and sixth inventions ¬ tion method / system are generally described.
Zum vierten erfindungsgemäßen Verfahren/System: To the fourth method / system according to the invention:
Hierbei werden Referenz-Kommunikationspartner im System verwendet . Beim beschriebenen Verfahren/System gemäß der Figur 6 können sich durch räumliche Gegebenheiten unter Umständen zum Beispiel durch Mehrfachreflexionen des HF-Signals an Wänden und Ecken gewisse Abweichungen für die ermittelten Winkel ergeben. Auch kann es passieren, dass aufgrund räumlicher Gege- benheiten aus Sicht eines der Mehrkanal-Empfänger einem Sender kein eindeutiger Winkel zuzuordnen ist. Da sich diese, aus der Radarsystemtechnik bekannten Effekte zumeist auf einen einzelnen Mehrkanal-Empfänger beziehen, und aus Redundanzgründen sowieso die Installation von mehr als nur zwei Mehrkanal-Empfängern angeraten ist, wirken sich einzelne abweichende Winkelwerte bzw. einzelne nicht lieferbare Winkel¬ informationen zumeist auf das Gesamtsystem nicht weiter aus. Die Software in der Zentraleinheit kann derartige Effekte er¬ kennen und entsprechend bewerten. Here, reference communication partners are used in the system. In the case of the described method / system according to FIG. 6, space conditions may, for example due to multiple reflections of the RF signal on walls and corners, result in certain deviations for the angles determined. It can also happen that, due to spatial conditions, from the point of view of one of the multichannel receivers, a sender can not be assigned a definite angle. Since these, known from radar system technology effects mostly refer to a single multi-channel receiver, and for redundancy reasons anyway the installation of more than two multi-channel receivers is advised, affect individual deviating angle values or individual non-deliverable angle ¬ information mostly the overall system is not further. The software in the central unit can such effects he know ¬ and rate accordingly.
Zusätzliche Sicherheit kann hier die Installation weiterer, fester Kommunikationspartner mit einer Funkschnittstelle verschaffen. An einigen Positionen im Raum werden diese Kommuni- kationspartner installiert und, zum Beispiel bei einem WLAN- Funknetz, in regelmäßigen Abständen vom WLAN-Zugangsknoten abgefragt. Beim Versenden der zugehörigen Antwort wird stets wie oben beschrieben auch die Position des betreffenden Kom- munikationspartners ermittelt und mit den im Datensatz eben¬ falls abgelegten Werten verglichen. So kann das System feststellen, ob allgemein eine Fehlfunktion im Funknetz vorliegt. Sind die Kommunikationspartner an einigen signifikanten oder „schwierigen" Stellen installiert, kann so durch vergleichen- de Messungen die Genauigkeit oder auch die Eindeutigkeit der Winkelmessung in bestimmten Bereichen verbessert werden. Ähnliche ermittelte Ergebnisse für die Winkelmessung zum Kommu¬ nikationspartner Nr. x und zum Sensor y signalisieren eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich beide auch im gleichen Winkelbereich befinden. Additional security can be provided by the installation of further, fixed communication partners with a radio interface. At some positions in the room, these communi- cation partners and, for example in the case of a WLAN radio network, interrogated at regular intervals by the WLAN access node. When sending the corresponding response, the position of the relevant com- described above is always determined and munikationspartners just ¬ if compared with the record stored values. This allows the system to determine if there is a general malfunction in the wireless network. If the communication partner installed in some significant or "difficult" places, the accuracy or the uniqueness of the angle measurement in certain areas can be so by comparative de measurements are improved. Similar results obtained for the angle measurement for commu ¬ nikationspartner no. X and sensor y signal a high probability that both are also in the same angular range.
Da es sich bei den Funkschnittstellen der Referenz- Kommunikationspartner um Standard-Komponenten handeln kann, für die in der Regel keine Änderung an der Hardware oder Software erforderlich ist, sind diese Referenz- Kommunikationspartner preiswert und leicht installierbar. Since the radio interfaces of the reference communication partners can be standard components, which usually require no hardware or software changes, these reference communication partners are inexpensive and easy to install.
Zum fünften erfindungsgemäßen Verfahren/System: For the fifth method / system according to the invention:
Hierbei erfolgt eine Übertragung von zusätzlichen Informatio- nen zu den Winkelwerten. In this case, a transmission of additional information about the angle values takes place.
In Bezug auf das vorangegangene vierte Ausführungsbeispiel lässt sich durch eine Erweiterung der von den Mehrkanal- Empfängern gelieferten Daten eine weitere Verbesserung des Systems erzielen: Werden beispielsweise von den Mehrkanal- Empfängern neben dem Winkelwert zusätzliche Informationen wie der jeweilige Empfangspegel oder auch eine Zahl zur Klassifi¬ zierung der Zuverlässigkeit des ermittelten Winkelwertes, zum Beispiel 1 für „sehr unsicher/fragwürdig" bis 5 für „sehr si- eher" geliefert, so können diese Informationen in der Zentraleinheit entsprechend berücksichtigt werden. So wird beispielsweise ein als „sehr unsicher/fragwürdig" ge¬ kennzeichneter Winkelwert in der Zentraleinheit leichter verworfen als ohne diese Zusatz-Information. Auch kann ein gelieferter Empfangspegel-Wert einen gewissen Rückschluss auf den Abstand zwischen Sender und dem betreffenden Mehrkanal- Empfänger zulassen, was die Positionsbestimmung erleichtert oder auch weitere Tests auf Plausibilität ermöglicht. With respect to the foregoing fourth embodiment can achieve a further improvement of the system by an extension of the data provided by the multi-channel receivers: If, for example of the multi-channel receivers adjacent to the angular value of additional information such as the respective reception levels or even a number to classifi ¬ If the reliability of the determined angle value, for example 1 for "very uncertain / questionable" to 5 for "very safe" is supplied, this information can be correspondingly taken into account in the central unit. Thus, a "very uncertain / questionable" ge ¬ kennzeichneter angle value is, for example, in the central unit easily discarded as without this additional information. Also, a current supplied reception level value may allow a certain conclusion about the distance between the transmitter and the multi-channel receiver in question, which facilitates the position determination or makes further tests for plausibility possible.
Zum sechsten erfindungsgemäßen Verfahren/System: For the sixth method / system according to the invention:
Hierbei wird eine dreidimensionale Positionsbestimmung durch¬ geführt . In this case, a three-dimensional position determination is performed ¬ .
Das rund um die Figur 1 beschriebene Verfahren lässt sich ab einer Anzahl von drei Mehrkanal-Empfängern auch dreidimensio- nal anwenden: Werden die Mehrkanal-Empfänger beispielsweise im einem Hochregallager installiert, so lassen sich über die von den Mehrkanal-Empfängern gelieferten Winkelwerte, beispielsweise ein Winkelwert pro Mehrkanal-Empfänger, in glei¬ cher Weise wie oben beschrieben neben den x- und y- Koordinaten auch die Höhe von Sensoren, Anlagenteilen und so weiter im Raum ermitteln. The method described around FIG. 1 can also be applied three-dimensionally from a number of three multichannel receivers: If the multichannel receivers are installed, for example, in a high-bay warehouse, the angle values supplied by the multichannel receivers, for example, can be used angle value per multi-channel receiver, in sliding ¬ cher manner as described above in addition to the x and y coordinates and the height of sensors, system components, and so on determine the room.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Prüfen der Authentizität drahtlos gesende¬ ter beziehungsweise empfangener Daten mit einem Verfahrens- schritt, bei dem Daten als verschlüsselte Datenpakete, die innerhalb von Datenframes übertragen werden, zwischen einer sendenden und einer empfangenden Einheit als Kommunikations¬ partner über dazwischenliegende Infrastrukturkomponenten einer Infrastruktur, in der die sendende und die empfangende Einheit eingebettet sind, versendet werden, und mit einem weiteren Verfahrensschritt, in dem der Ort der sendenden Einheit ermittelt und gegen eine gespeicherte Ortsinformation geprüft wird durch Infrastrukturkomponenten, die ohne weiteres Zutun der beteiligten Kommunikationspartner die bei der Datenübertragung versendeten verschlüsselten Datenpakete zum Zwecke der Ortsbestimmung auswerten. 1. A method for checking the authenticity of wireless ter ¬ ter or received data with a process step, in which data as encrypted data packets that are transmitted within data frames, between a sending and a receiving unit as a communication ¬ partner on intermediate infrastructure components of an infrastructure in which the sending and the receiving unit are embedded, are sent, and with a further method step, in which the location of the sending unit is determined and checked against a stored location information by infrastructure components that without further action of the involved communication partners in the data transmission evaluate encoded data packets for the purpose of location.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine alleinige oder zu bestehenden anderen Authentifizierungsverfah- ren ergänzende Ausführung zum Prüfen der Authentizität empfangener Daten. 2. The method according to claim 1, characterized by a sole or complementary to existing other authentication procedures complementary execution for checking the authenticity of received data.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Daten von einer Maschine, einer Anlage, einem Anlagenteil, einer Steuereinheit oder einer sonstigen Daten sendenden Einheit gesendet werden. 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that the data from a machine, a plant, a plant part, a control unit or other data transmitting unit are sent.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass gewonnene Ortsinformationen bei der Orts- bestimmung für weitere Funktionen in einer Infrastrukturkomponente verwendet werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the obtained location information is used in the location determination for other functions in an infrastructure component.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ortsbestimmung eines Senders Ein- fallswinkel von Wellenfronten hochfrequenter elektromagnetischer Signale auf Antennen bestimmt werden. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for determining the location of a transmitter incidence angles of wavefronts of high-frequency electromagnetic signals are determined on antennas.
6. System mit das System bildenden Infrastrukturkomponenten auch zum drahtlosen Senden beziehungsweise Empfangen von zwischen einer sendenden und empfangenden Einheit als jeweilige Kommunikationspartner gesendeter Daten in Form von verschlüs- selten Datenpaketen, die innerhalb von Datenframes übertragen werden, mit die bei der Datenübertragung von versendeten Datenpaketen ohne weiteres Zutun der beteiligten Kommunikationspartner zum Zwecke der Ortsbestimmung der sendenden Einheit die versendeten verschlüsselten Datenpakete auswertende Infrastrukturkomponenten. 6. System with the system-forming infrastructure components also for wireless transmission or reception of data sent between a sending and receiving unit as respective communication partner data in the form of encrypted data packets that are transmitted within data frames, with the data transmission of sent data packets without Further intervention of the communication partners involved for the purpose of determining the location of the sending unit, the encrypted data packets dispatched infrastructure components.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Daten sendende Infrastrukturkomponente eine Maschine, eine Anlage, ein Anlagenteil, eine Steuereinheit oder eine sonstige Daten sendende Einheit ist. 7. System according to claim 6, characterized in that a data-transmitting infrastructure component is a machine, a plant, a plant part, a control unit or any other data-transmitting unit.
8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Zwecke der Ortsbestimmung der sendenden Einheit die versendeten verschlüsselten Datenpakete auswertende Inf- rastrukturkomponente eine redundante Infrastrukturkomponente ist . 8. System according to claim 6 or 7, characterized in that for the purpose of determining the location of the transmitting unit, the sent encrypted data packets evaluating infrastructure component is a redundant infrastructure component.
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